[科普中国]-数控激光加工机床

激光束加工是基于激光系统的红外辐射与材料固有热作用而将材料加热、熔化、烧蚀甚至汽化来进行打孔、切割、焊接以及表面热处理的一种加工方法。激光器将电能转换为光能，产生所需的激光束，通过透镜将激光聚集成一个极小的光斑照射到被加工表面，能在千分之几秒，甚至更短时间内使某种物质熔化和汽化，达到蚀除加工的目的。

原理1)当能量密度极高的激光照射在被加工表面时，光能被加工表面吸收并转换成热能，使照射斑点的局部区城温度迅速升高，瞬时急剧熔化和蒸发，并形成小凹坑。

2)同时开始热扩散，使斑点周围的材料熔化，随着激光能量连续吸收，凹坑中金属蒸汽迅速膨胀、压力骤增、熔融物质高速外喷。

3)熔融物的高速喷射所产生的反冲压力，又在工件内部形成一个方向性很强的冲击被，使熔化物质爆炸式的喷射去除。1

组成激光加工机主要由激光器、光学系统、电源及数控系统、机械系统及辅助系统组成，是典型的光、机、电一体化设备。激光器是影响激光加工能力和质量的主要部件，它的任务是把电能转变成光能，产生所需光束；光学系统将光束聚焦并调焦，将激光器输出的激光束引导到工件上；数控系统根据加工工艺要求，进行电压控制、时间控制等；机械系统包括床身、工作台及辅助系统等。1

分类激光加工中，多数采取固体激光器和气体激光器。固体激光材料有红宝石，铵玻璃和掺钇钕铝石榴石(YAG)；气体激光材料有CO2、氦-氖和氩离子等。激光加工常用YAG (只达600W )和CO2(可达25kW)激光器。

由于激光加工的功率密度高，可用于加工金属、有机和无机材料等几乎所有的材料，但是对于透明材料需要采取一些色化和打毛措施，才利于加工；对于铜、铝及其合金等制成的热导率和反射率高的工件，激光加工的效果变差，但YAG激光波长较短，在金属表面上引起反射要比CO2激光少。2

特点1 )激光束位置不变，工作台作X、Y方向移动，这样光路调整方便，导光系统能量损失少。

2 )各传递光束部件均设置调整环节，能迅速、准确而方便地调整光束。

3)各坐标驱动采用直流伺服电动机和滚珠丝杠副，并且各导轨分别采用聚四氟乙烯塑料及直线衮动导轨，运动灵话，低速无爬行，保证了较高的定位精度。

4)数控装置采用FANUC-BESK3M型系统，使主机操作及辅助功能控制与系统做成一体化，操作方便。

5)系统配备有CRT显示器及示教功能，编程简便迅速。2

应用激光加工，在汽车、航空、宇航、 电子、机械和轻工等方面的应用愈来愈广，有向复合化加工发展的趋势，即利用激光加工的“光-热”作用，将材料的加工、热处理、激光化学等结合起来，形成过去传统加工方法难以实现的微光复合加工技术。激光加工不需要工具，它是非接触加工，加工速度快，生产率高，打一个小孔的时间约需0.1s，热影响区域小，热变形也小。激光束传递方便，易于控制，便于与机器人、数字控制、自动检测等技术结合，实现自动化加工和构成柔性制造系统，成为迅速发展的一种先进加工技术。2

本词条内容贡献者为:

程鹏 - 副教授 - 西南大学